01 Paksulevyjen laserkaarihybridihitsaus
Paksujen levyjen (paksuus ≥ 20 mm) hitsaus on avainasemassa suurten laitteiden valmistuksessa tärkeillä aloilla, kuten ilmailu- ja avaruustekniikassa, navigoinnissa ja laivanrakennuksessa, rautatieliikenteessä jne. Näille komponenteille on yleensä ominaista suuri paksuus, monimutkaiset liitosmuodot ja monimutkaiset käyttöympäristöt. Hitsauksen laadulla on suora vaikutus laitteiden suorituskykyyn ja käyttöikään. Hitaan hitsausnopeuden ja vakavien roiskeongelmien vuoksi perinteinen kaasusuojattu hitsausmenetelmä kohtaa haasteita, kuten alhaisen hitsaustehokkuuden, korkean energiankulutuksen ja suuren jäännösjännityksen, mikä vaikeuttaa jatkuvasti kasvavien valmistusvaatimusten täyttämistä. Laserkaari-hybridihitsaustekniikka eroaa kuitenkin perinteisestä hitsaustekniikasta. Se yhdistää onnistuneesti seuraavien edut:laserhitsausja kaarihitsauksessa, ja sillä on ominaisuuksia, kuten suuri tunkeutumissyvyys, nopea hitsausnopeus, korkea hyötysuhde ja parempi hitsauslaatu, kuten kuvassa 1 on esitetty. Siksi tämä teknologia on herättänyt laajaa huomiota ja sitä on alettu soveltaa joillakin keskeisillä alueilla.
Kuva 1 Laserkaarihitsauksen periaate
02Paksujen levyjen laserkaarihitsauksen tutkimus
Norjan teollisuusteknologiainstituutti ja Luulan teknillinen yliopisto Ruotsissa tutkivat 45 mm paksun mikroseostetun, lujan ja niukkaseosteisen teräksen komposiittihitsattujen liitosten rakenteellista tasaisuutta 15 kW:n teholla. Osakan yliopisto ja Egyptin metallurginen tutkimuslaitos käyttivät 20 kW:n kuitulaseria tutkiakseen paksujen levyjen (25 mm) yksivaiheista laserkaarihybridihitsausprosessia ja ratkaisivat pohjan kohouman. Tanskalainen Force Technology Company käytti kahta 16 kW:n kiekkolaseria sarjassa tutkiakseen 40 mm paksujen teräslevyjen hybridihitsausta 32 kW:n teholla, mikä osoittaa, että suuritehoista laserkaarihitsausta odotetaan käytettävän merituulivoimaloiden tornien jalustojen hitsauksessa, kuten kuvassa 2 on esitetty. Harbin Welding Co., Ltd. on maan ensimmäinen yritys, joka hallitsee suuritehoisen kiinteän lasersulatuselektrodin hybridihitsauksen ydinteknologian ja laitteiden integrointitekniikan. Tämä on ensimmäinen kerta maassani, kun suuritehoista kiinteän laserin ja kaksoislangan sulatuselektrodin hybridihitsaustekniikkaa ja -laitteita sovelletaan onnistuneesti huippuluokan laitteisiin. valmistus.
Kuva 2. Laserasennuskaavio
Laser-hybridihitsauksen nykyisen kotimaisen ja ulkomaisen tutkimustilanteen mukaan voidaan nähdä, että laser-hybridihitsausmenetelmän ja kapean rakouran yhdistelmällä voidaan saavuttaa paksujen levyjen hitsaus. Kun laserin teho kasvaa yli 10 000 wattiin, suuren energian lasersäteilyn alaisena materiaalin höyrystymiskäyttäytyminen, laserin ja plasman välinen vuorovaikutusprosessi, sulan virtauksen vakaa tila, lämmönsiirtomekanismi ja hitsauksen metallurginen käyttäytyminen muuttuvat vaihtelevassa määrin. Kun teho kasvaa yli 10 000 wattiin, tehotiheyden kasvu tehostaa höyrystymisastetta pienen reiän lähellä olevalla alueella, ja rekyylivoima vaikuttaa suoraan pienen reiän vakauteen ja sulan virtaukseen, mikä vaikuttaa hitsausprosessiin. Muutoksilla on merkittävä vaikutus laserin ja sen komposiittihitsausprosessien toteutukseen. Nämä hitsausprosessille ominaiset ilmiöt heijastavat suoraan tai epäsuorasti hitsausprosessin vakautta jossain määrin ja voivat jopa määrittää hitsauksen laadun. Laserin ja valokaaren lämmönlähteiden kytkentävaikutus voi saada kaksi lämmönlähdettä hyödyntämään omia ominaisuuksiaan ja saavuttamaan paremmat hitsaustulokset kuin yksittäinen laserhitsaus ja kaarihitsaus. Verrattuna laser-autogeeniseen hitsausmenetelmään tällä hitsausmenetelmällä on etuna hyvä raon mukautuvuus ja suuri hitsattava paksuus. Verrattuna paksujen levyjen kapearakoiseen laserlangan täyttömenetelmään sillä on etuna korkea langan sulamistehokkuus ja hyvä uran sulamisvaikutus. Lisäksi laserin vetovoima valokaareen parantaa valokaaren vakautta, mikä tekee laserkaari-hybridihitsauksesta nopeampaa kuin perinteinen kaarihitsaus.laserlisäainelangan hitsaus, suhteellisen korkealla hitsaustehokkuudella.
03 Suuritehoinen laserkaarihybridihitsaussovellus
Suuritehoista laserkaarihybridihitsaustekniikkaa käytetään laajalti laivanrakennusteollisuudessa. Meyer Shipyard Saksassa on perustanut 12 kW:n CO2-laserkaarihybridihitsauslinjan rungon litteiden levyjen ja jäykisteiden hitsaukseen, jolloin saavutetaan 20 metrin pituisten pienahitsejä yhdellä kertaa ja muodonmuutosaste vähenee 2/3:lla. GE on kehittänyt USS Saratoga -lentotukialuksen hitsaukseen kuitulaser-kaarihybridijärjestelmän, jonka enimmäisteho on 20 kW. Tämä säästää 800 tonnia hitsausmetallia ja vähentää työtunteja 80 %, kuten kuvassa 3 on esitetty. CSSC 725 ottaa käyttöön 20 kW:n suuritehoisen kuitulaser-laserkaarihybridihitsausjärjestelmän, joka voi vähentää hitsauksen muodonmuutoksia 60 % ja lisätä hitsauksen tehokkuutta 300 %. Shanghai Waigaoqiao Shipyard käyttää 16 kW:n suuritehoista kuitulaser-laserkaarihybridihitsausjärjestelmää. Tuotantolinjalla käytetään uutta laserhybridihitsauksen ja MAG-hitsauksen prosessitekniikkaa 4–25 mm paksujen teräslevyjen yksipuoliseen hitsaukseen ja kaksipuoliseen muovaukseen. Suuritehoista laserkaarihybridihitsaustekniikkaa käytetään laajalti panssaroiduissa ajoneuvoissa. Sen hitsausominaisuuksia ovat: paksujen ja monimutkaisten metallirakenteiden hitsaus, alhaiset kustannukset ja tehokas valmistus.
Kuva 3. USS Sara Toga -lentotukialus
Suuritehoista laserkaarihybridihitsaustekniikkaa on alun perin sovellettu joillakin teollisuudenaloilla, ja siitä tulee tärkeä keino suurten rakenteiden tehokkaaseen valmistukseen keskipaksuisilla ja suurilla seinämänpaksuuksilla. Tällä hetkellä suuritehoisen laserkaarihybridihitsauksen mekanismista on vähän tutkimusta, ja sitä on vahvistettava edelleen, kuten fotoplasman ja valokaaren sekä valokaaren ja sulan vuorovaikutuksen tutkiminen. Suuritehoisessa laserkaarihybridihitsausprosessissa on vielä monia ratkaisemattomia ongelmia, kuten kapea prosessi-ikkuna, hitsausrakenteen epätasaiset mekaaniset ominaisuudet ja monimutkainen hitsauksen laadunvalvonta. Teollisuusluokan lasereiden lähtötehon vähitellen kasvaessa suuritehoinen laserkaarihybridihitsaustekniikka kehittyy nopeasti, ja uusia laserhybridihitsausteknologioita syntyy jatkuvasti. Lokalisointi, laajamittaisuus ja älykkyys ovat tärkeitä trendejä suuritehoisten laserhitsauslaitteiden kehityksessä tulevaisuudessa.
Julkaisun aika: 24. huhtikuuta 2024
